Международная команда астрономов, используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), принадлежащий NASA, Европейскому космическому агентству и Канадскому космическому агентству, впервые провела прямое измерение сверхмассивной черной дыры в ранней Вселенной. Пара недавно опубликованных исследований, посвященных этой черной дыре, дает новое представление о природе неуловимых «маленьких красных точек» (LRD), которые «Уэбб» обнаружил в начале своей научной деятельности.
«Это феноменальный результат», — заявил Роберто Майолино из Кембриджского университета (Великобритания), соавтор обоих исследований. «Это первое прямое измерение массы черной дыры в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва, и оно согласуется с предыдущими измерениями».
Исследуемая LRD, известная как Abell2744-QSO1 (QSO1), существовала через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Прежде чем попасть в инфракрасные датчики «Уэбба», ее свет путешествовал по Вселенной в течение 13 миллиардов лет. Сам объект имеет диаметр 1300 световых лет, что составляет лишь малую долю размера галактики Млечный Путь.
С точки зрения Земли, QSO1 находится позади скопления галактик Abell 2744, также известного как «Скопление Пандоры». Скопление действует как гравитационная линза — явление, при котором свет изгибается, проходя рядом с массивными объектами. Этот эффект не только увеличивает «маленькую красную точку», но и проецирует ее изображение трижды, в разных положениях.
С помощью гравитационного линзирования команда использовала интегральный полевой блок (IFU) спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) телескопа «Уэбб» для картирования вращения газа внутри LRD. Карта выявила кеплеровское вращение, при котором газ вращается вокруг центральной точки.
«Это важно, потому что это говорит нам о том, что большая часть массы QSO1 сосредоточена в черной дыре в центре», — сказал Игнас Юодзбалис из Флорентийского университета (Италия), один из ведущих авторов одного из исследований. «Если бы масса была более распределена, как это было бы в случае большого количества звезд, газ не имел бы такого идеального кеплеровского вращения».
Используя данные о вращении, команда рассчитала массу черной дыры, которая составляет 50 миллионов масс Солнца, или две трети общей массы LRD. Между тем, другое исследование, возглавляемое Майолино, проанализировало материал, окружающий черную дыру, и обнаружило, что он состоит почти полностью из водорода и гелия.
Эти два исследования поднимают вопросы о происхождении черной дыры. Чрезвычайно низкая металличность LRD — мера присутствия элементов, отличных от водорода и гелия — и доля массы, приходящаяся на черную дыру, предполагают, что обычные механизмы формирования черных дыр не могли привести к образованию наблюдаемого объекта. Вместо этого черная дыра могла возникнуть не внутри LRD.
Команда считает, что только два сценария могут объяснить сверхмассивную черную дыру внутри QSO1. Во-первых, это может быть первородная черная дыра, которая образовалась в течение нескольких секунд после Большого взрыва. Альтернативно, черная дыра могла образоваться из коллапса первозданного газового облака, в сценарии, известном как черная дыра прямого коллапса.
«Похоже, мы нашли черную дыру, у которой нет существенной галактики-хозяина, и которая предшествовала звездным процессам», — сказал Юодзбалис. «Это очень волнующе, потому что это свидетельство первородных черных дыр или черных дыр прямого коллапса, которые были теоретизированы, но не подтверждены».
Астрономы изучали различные сценарии для объяснения LRD с момента их открытия в 2024 году. Одно из возможных объяснений — «звезда-черная дыра», теоретический тип звездоподобного объекта, состоящий из сверхмассивной черной дыры, окруженной плотной оболочкой газа. Вместо того чтобы питаться термоядерным синтезом, как обычные звезды, оболочка газа освещается энергией, выделяющейся при поглощении, или аккреции, материала центральной черной дырой.
Исследование, опубликованное в марте, предоставило возможное свидетельство в пользу сценария «звезда-черная дыра», используя наблюдения с нескольких обсерваторий, включая «Уэбб», «Хаббл» и рентгеновскую обсерваторию NASA «Чандра». Телескопы исследовали астрономический объект, который испускает сильный рентгеновский сигнал. В то время как обычные LRD не производят рентгеновского излучения, другие свойства объекта демонстрируют сильное сходство с LRD.
В то время как внешние слои «звезды-черной дыры» были бы достаточно плотными, чтобы блокировать рентгеновское излучение, производимое сверхмассивной черной дырой в ее центре, черная дыра в конечном итоге могла бы аккрецировать достаточно окружающего газа, чтобы позволить рентгеновским лучам проникать. В этом сценарии рентгеновская точка была бы LRD на финальных стадиях ее эволюции.
В совокупности все эти исследования рисуют все более четкую картину природы «маленьких красных точек» телескопа «Уэбб». Более того, новые исследования, посвященные QSO1, также дают новое представление о происхождении некоторых из самых массивных объектов во Вселенной.
«Это замечательное открытие», — сказал Майолино. «Это смена парадигмы, полный пересмотр классических сценариев формирования и роста черных дыр».
Исследование QSO1 Юодзбалисом и Маркончини и др. было опубликовано в журнале Nature 27 мая 2026 года.
Исследование QSO1 Майолино и др. было опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 6 апреля 2026 года.
Исследование рентгеновской точки Хвидингом и др. было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters 16 марта 2026 года.
